無機稀土發(fā)光材料通常用于照明、顯示、激光和生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域，隨著應(yīng)用領(lǐng)域的迅速發(fā)展，調(diào)控材料的熒光性能在擴展其應(yīng)用中有著重要的理論價值和實用前景。一些特殊材料在外場刺激下能夠產(chǎn)生可逆的變色效應(yīng)，并伴隨著熒光性能的變化，基于變色效應(yīng)的可逆熒光調(diào)控逐漸成為了研究熱點。

近日，昆明理工大學(xué)的 楊正文 等人對近年來基于變色效應(yīng)的無機稀土發(fā)光材料的熒光可逆調(diào)控及應(yīng)用進行了總結(jié)，介紹了在電場、熱場及光場刺激下，無機稀土發(fā)光材料的變色效應(yīng)對熒光性能的可逆調(diào)控，并探討了其在光開關(guān)、防偽識別、光存儲等領(lǐng)域的應(yīng)用研究進展。

該文章以“基于變色效應(yīng)的無機稀土發(fā)光材料熒光可逆調(diào)控及應(yīng)用”為題發(fā)表于《發(fā)光學(xué)報》（EI、Scopus收錄，中文核心期刊），并被選為封面文章。

圖1：《發(fā)光學(xué)報》2022年第43卷第4期 期刊封面

一、變色效應(yīng)的分類

（1）電致變色：材料的光學(xué)性能包括反射率、透過率、吸收率等，在外加電場的作用下發(fā)生變化，在外觀上表現(xiàn)為顏色及透明度的變化。

（2）熱致變色：當(dāng)材料加熱到某一溫度范圍或特定溫度時發(fā)生變色，回到初始溫度后顏色恢復(fù)，該現(xiàn)象即為可逆熱致變色。

（3）光致變色：材料在特定波長光的刺激下表現(xiàn)出光學(xué)性能的變化，從而發(fā)生顏色的改變，并且可以通過另一波長的光刺激或熱刺激恢復(fù)原始狀態(tài)，兩種不同狀態(tài)之間的可逆轉(zhuǎn)變即為可逆光致變色。

二、基于變色效應(yīng)的熒光可逆調(diào)控

在外場刺激下的變色過程中，無機稀土發(fā)光材料的吸收帶與稀土離子發(fā)光中心的發(fā)射帶重疊，能夠使基質(zhì)的吸收抑制發(fā)光，或者產(chǎn)生從發(fā)光中心向色心的能量傳遞，發(fā)生吸收和發(fā)光特性的變化，從而使熒光強度猝滅，獲得基于變色效應(yīng)的熒光強度調(diào)控。

（一）基于電致變色效應(yīng)的熒光可逆調(diào)控及應(yīng)用

早期工作中，電致變色效應(yīng)多用于改變材料的光學(xué)吸收特性，從而廣泛應(yīng)用于節(jié)能智能窗、顯示器等領(lǐng)域。隨著近幾年的研究發(fā)展，電致變色效應(yīng)開始被應(yīng)用于發(fā)光材料中，研究表明在電場的刺激下，變色效應(yīng)誘導(dǎo)的可逆熒光強度調(diào)控經(jīng)過多次重復(fù)，仍具有良好的穩(wěn)定性，顯示了其在光存儲器件中的應(yīng)用潛力（圖2a）。

（二）基于熱致變色效應(yīng)的熒光可逆調(diào)控及應(yīng)用

近年來的研究表明基于熱場的刺激，通過改變燒結(jié)條件，無機稀土發(fā)光材料能夠獲得可逆的熱致變色現(xiàn)象和熒光強度調(diào)控，經(jīng)過幾個周期循環(huán)后仍然顯示出良好的可逆性和可重復(fù)性，使得基于熱致變色效應(yīng)的可逆熒光強度調(diào)控獲得了潛在的應(yīng)用價值，擴展了除傳統(tǒng)熱致變色智能窗以外的光開關(guān)、防偽識別等應(yīng)用（圖2b）。

圖2：（a）基于電致變色效應(yīng)的熒光可逆調(diào)控；（b）基于熱致變色效應(yīng)的熒光可逆調(diào)控。

（三）基于光致變色效應(yīng)的熒光可逆調(diào)控及應(yīng)用

光場刺激具有易操作、安全性和實時性的優(yōu)勢，在無機稀土發(fā)光材料中，基于光致變色效應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)實時、高效、穩(wěn)定、可逆可重復(fù)的熒光強度調(diào)控。

（1）防偽應(yīng)用

防偽技術(shù)現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于身份證、貨幣、商品智能包裝、標(biāo)簽和重要文件等。然而傳統(tǒng)的防偽技術(shù)容易受到侵犯，因此需要開發(fā)難以復(fù)制、識別度高和成本低的先進防偽技術(shù)。在無機稀土發(fā)光材料中，基于光致變色效應(yīng)調(diào)控?zé)晒鈴姸瓤梢垣@得高的光學(xué)信息識別度和信息的無損讀出，從而滿足材料在防偽領(lǐng)域的實際應(yīng)用需求（圖3a）。

（2）光存儲應(yīng)用

隨著現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)和智能設(shè)備的飛速發(fā)展，數(shù)據(jù)存儲容量的需求越來越大，光存儲技術(shù)與傳統(tǒng)的固態(tài)存儲和磁存儲技術(shù)相比，具有成本和能耗低、存儲壽命長、非接觸式讀寫、可重寫等優(yōu)點。將具有光致變色性能的發(fā)光材料作為光存儲介質(zhì)，通過①選擇合適的激發(fā)波長避免與吸收帶之間重疊所導(dǎo)致的二次吸收、②構(gòu)建發(fā)光中心與色心之間的有效能量傳遞、③制備新型基質(zhì)材料（例如柔性薄膜、透明玻璃）等策略，可在光學(xué)數(shù)據(jù)的“讀寫”過程中實現(xiàn)響應(yīng)速度快、存儲密度高、耐疲勞、無損讀取等優(yōu)勢（圖3b）。

圖3：基于光致變色效應(yīng)的熒光可逆調(diào)控的應(yīng)用：（a）防偽識別；（b）光存儲。

三、結(jié)論與展望

（1）基于電致變色效應(yīng)的熒光可逆調(diào)控

電場刺激下的變色效應(yīng)，其變色和漂白狀態(tài)具有穩(wěn)定性，響應(yīng)速度快，可用于制備能耗低、穩(wěn)定性好的電致變色器件。然而現(xiàn)階段多數(shù)報道仍然集中在利用電致變色效應(yīng)改變材料的光學(xué)吸收特性，目前迫切需要在無機稀土發(fā)光材料中實現(xiàn)基于電致變色效應(yīng)的可逆熒光調(diào)控，從而拓展其在發(fā)光智能窗、發(fā)光二極管等新型領(lǐng)域的應(yīng)用。

（2）基于熱致變色效應(yīng)的熒光可逆調(diào)控

由于外加熱場的變化具有連續(xù)性，在基于熱致變色效應(yīng)的可逆熒光調(diào)控研究中，難以實現(xiàn)調(diào)控的穩(wěn)定性和精確性，在實際應(yīng)用中仍具有局限性，因此還需要進一步的研究發(fā)展。

（3）基于光致變色效應(yīng)的熒光可逆調(diào)控

光場刺激由于更具有易操作性、實時性、安全性等優(yōu)勢，成為了現(xiàn)階段的主要研究目標(biāo)，特別是在光開關(guān)、防偽識別、光存儲等新型領(lǐng)域具有大量的研究。然而目前基于光致變色效應(yīng)的可逆熒光調(diào)控研究還存在一些問題，例如調(diào)控率、響應(yīng)速度仍需要進一步提高，從而提高光學(xué)信號的識別度、實時性、精確性等。此外還需開發(fā)可用于多種復(fù)雜環(huán)境的新型基質(zhì)材料，從而進一步擴展無機稀土發(fā)光材料的應(yīng)用領(lǐng)域。

作者介紹

楊正文，昆明理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，教授、博士研究生導(dǎo)師。2009 年于清華大學(xué)獲得博士學(xué)位，目前主要從事稀土發(fā)光材料發(fā)光性質(zhì)的調(diào)控及應(yīng)用研究。以第一或通訊作者在 Light: Science& Application、ACS Energy Letter、Science China-Materials、Advanced Optical Materials、Chemical Engineering Journal、ACS Applied Materials & Interfaces 等期刊發(fā)表論文 100 余篇。
E-mail: yangzw@kust.edu.cn

| 論文信息 |

白雪，徐贊，字映竹，肖代文，付麗香，何彥妮，趙和平，楊釗爍，宋友艷， Asif Ali Haider，向斐斐，宋志國，寸陽珂*，邱建備*，楊正文*. 基于變色效應(yīng)的無機稀土發(fā)光材料熒光可逆調(diào)控及應(yīng)用[J]. 發(fā)光學(xué)報, 2022, 43(4):463-477.

https://cjl.lightpublishing.cn/thesisDetails#10.37188/CJL.20210326

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